[发明专利]具有集成极化旋转器的平板阵列天线

说明书

一种面板阵列天线包括输入层和输出层，输入层包括将在输入层的第一侧的输入馈电件耦合至在输入层的第二侧的多个主耦合腔体的波导网络，并且输出层位于输入层的第二侧。输出层包括喇叭辐射器的阵列、与喇叭辐射器连通的相应喇叭辐射器入口端口以及与相应喇叭辐射器入口端口连通以将喇叭辐射器耦合至主耦合腔体的相应槽形输出端口。喇叭辐射器、相应喇叭辐射器入口端口和相应槽形输出端口集成在单片层中，该单片层配置为提供来自喇叭辐射器的相应输出信号，该相应输出信号的极化取向相对于在耦合至喇叭辐射器的相应槽形输出端口处接收的相应输入信号旋转期望极化旋转角度。

优先权要求

本申请要求2016年3月15日提交的美国临时专利申请No.62/308,436的优先权，该申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本发明总体涉及通信系统，并且更具体地涉及蜂窝通信系统中使用的平板阵列天线。

背景技术

平板阵列天线技术可能不被广泛用于许可的商业微波点对点或点对多点市场，其中符合有效频谱管理的更严格的电磁辐射包络特性可能更常见。源自传统反射器天线配置的天线解决方案(诸如主焦点馈电轴对称几何形状)可以以相对低的成本提供高水平的天线方向性和增益。然而，反射器盘和相关馈电件的广泛结构可能需要增强的支撑结构以承受风荷载，这可能增加总体成本。此外，所需的反射器天线组件和支撑结构的增大尺寸可能被视为视觉上的负面影响。

阵列天线通常利用印刷电路技术或波导技术。与自由空间接合的阵列部件(称为元件)通常利用微带几何结构(诸如贴片、偶极子和/或槽)或波导部件(诸如喇叭(horn)和/或槽)。各种元件可以通过馈电网络互连，使得所得到的天线的电磁辐射特性(诸如天线波束指向、方向性和/或旁瓣分布)能够符合期望的特性。

平板阵列可以例如使用波导或印刷槽阵列形成为谐振配置或行波配置。谐振配置通常不能在陆地点对点市场扇区中利用的带宽上实现期望的电磁特性，而行波阵列通常提供角位置随频率移动的主波束辐射图案。由于陆地点对点通信通常以正在使用的频带的不同部分上间隔开的去程/回城信道操作，所以主波束相对于频率的移动可以防止两个信道的链路同时有效的对准。

在固定波束天线的设计中可以使用组合式(corporate)馈电波导或槽元件以提供期望的特性。然而，可能有必要选择通常小于一个波长的元件间隔，以避免产生被称为栅瓣的次级波束，这可能不符合管理要求，和/或可能降低天线效率。这种紧密元件间隔可能与馈电网络尺寸发生冲突。例如，为了适应阻抗匹配和/或相位均衡，可能需要较大的元件间隔来提供足够的体积以不仅容纳馈电网络，而且容纳足够的材料以用于相邻传输线之间的电和机械壁接触件(由此隔离相邻线路并防止不想要的线路间耦合/串扰)。

天线阵列的元件可以由阵列尺寸表征，诸如N×M元件阵列，其中N和M是整数。在典型的N×M组合式馈电阵列中，为了提供可接受的VSWR性能，可以采用(N×M)-1个T型功率分配器以及N×M馈电弯曲(feed bend)和多个N×M步进式转换件(transition)。因此，馈电网络的要求可能是空间高效的组合式馈电平板天线阵列的限制因素。

发明内容

根据本文描述的一些实施例，一种面板阵列天线包括输入层和输出层，输入层包括将在输入层的第一侧的输入馈电件耦合至在输入层的第二侧的多个主耦合腔体的波导网络，并且输出层位于输入层的第二侧。输出层可以是单片层，包括喇叭辐射器的阵列、与喇叭辐射器连通的相应喇叭辐射器入口端口以及与相应喇叭辐射器入口端口连通以将喇叭辐射器耦合至主耦合腔体的相应槽形输出端口。单片层配置为提供来自喇叭辐射器的相应输出信号，该相应输出信号的极化取向相对于在耦合至喇叭辐射器的相应槽形输出端口处接收的相应输入信号旋转期望极化旋转角度。

在一些实施例中，单片层的喇叭辐射器、相应喇叭辐射器入口端口以及与相应喇叭辐射器入口端口耦合的相应槽形输出端口可以具有相应形状和/或取向，该相应形状和/或取向相对于彼此旋转期望极化旋转角度的至少一部分。